人工智能技术在教育中的应用现状与展望

杨凯鸽，董 雪

（陕西科技大学，陕西 西安 710021）

近几年来，人工智能技术的飞速发展对我们的社会生活及教育教学产生了巨大的冲击，教育环境、教学方式、学习方式等方面也都发生了巨大的变化。为抢抓人工智能发展的重大战略机遇，构筑我国人工智能发展的先发优势，加快建设创新型国家和世界科技强国，2017年7月20日，国务院印发了《新一代人工智能发展规划》[1]，提出了面向2030年我国新一代人工智能发展的指导思想、战略目标、重点任务和保障措施，为我国人工智能的进一步加速发展奠定了重要基础。2020年8月20-22日，2020全球智慧教育大会在北京召开，会议围绕人工智能对未来教育的影响和挑战等前沿议题展开深入探讨，会议中指出，以人工智能为代表的新一代信息技术正在重新定义人类的知识和能力价值，未来的教育将以人工智能等信息技术为支撑，开启智慧教育的新阶段[2]。通过人工智能技术重塑教育生态，发展智能教育已经成为当前甚至是未来的教育新议题。与传统教育不同，智能教育的特点是以人工智能为代表的智能技术，加快推动人才培养模式变革，实现规模化教育与个性化培养的有机结合[3]。可见，人工智能赋能教育已成为未来教育变革的重要趋势。

1 人工智能与教育

国内关于人工智能与教育理论的研究主要集中在内涵、特征、作用等方面。闫志明等人[4]认为教育人工智能是人工智能与学习科学相结合而形成的一个新领域，重在通过人工智能技术更加深入、微观地理解学习是如何发生以及如何受到外界因素影响的，进而为学习者创造高效的学习条件，他在对教育人工智能的内涵、关键技术与应用趋势分析后发现，为应对当面人工智能的快速发展教育人工智能面对的挑战，各级各类学校都需要强化人工智能方面的培养。吴永和等人[5]从孕育条件、特征和作用3个方面阐述了“人工智能+教育”的内涵，其孕育条件包括技术基础、理论指导、应用推进和政策保障；“人工智能+教育”在于依托人工智能技术，具有创新驱动、重塑结构、开放生态、尊重个性、服务智能、自治演进6个特征；并提到“人工智能+教育”具有提升教育信息化、提高教育教学效率等促进作用。张进宝等人[6]将智能教育的内涵作了两种不同的界定，认为狭义的智能教育定位于“以人工智能为内容的教育”，目的是培养掌握机器智能技术的专业化人才，以满足技术发展需要；广义的智能教育定位于最终实现个体智能的提升，不仅掌握人工智能等技术，还能初步具备未来工作中实现人机合作的能力。还从人才培养规格、教育信息化建设、课程与教学改革、教学活动创新、教师专业化发展等方面提出了智能教育的实施策略。梁迎丽等人[7]通过对人工智能在教育领域中的具体应用与人工智能教育的主要特征进行分析，归纳并构建了人工智能与教育的融合创新发展体系，为我国人工智能与教育的融合发展提供理论指导。孟翀等人[8]将人工智能的教育概念分为两类：人工智能赋能教育和人工智能学科教育，人工智能赋能教育是指从工具主义视角出发，强调运用人工智能促进和支撑学习；人工智能学科教育是从学科视角出发，强调人工智能作为学习科学和教育科学的融合学科在人工智能人才培养中发挥重要作用。

总之，人工智能赋能教育已经成为教育领域的趋势，学者们对人工智能教育的研究也在如火如荼地进行，对人工智能教育理论层面的深入探讨和研究为相关实践研究提供了理论性的指导。

2 人工智能技术在教育中的应用

人工智能在教育中的应用已经非常广泛了，其中最主要的包括智能教学系统、个性化学习及教育机器人。

2.1 智能教学系统

我国教学系统的发展大致经历了三个阶段，由第一代学校考试系统发展到第二代个性学习系统再到如今的第三代基于人工智能的教学系统，即智能教学系统。智能教学系统（Intelligent Tutoring System，ITS）借助人工智能技术，在没有人类导师指导的情况下帮助学习者获取知识和技能方面起着重要作用。它是通过互联网计算机人工模拟技术整合全国工作在一线的特级、高级教师和教学专家的教学资源和教研成果进行科学分析、智能判断及有目的地提供即时、有效、全面且具有针对性的教学。这不仅体现了科学技术方面的进步，也体现出了教育也在不断顺应技术的步伐随之发展。

比如IBM的Watson助教系统就是典型的智能导师系统，北京师范大学未来教育高精尖创新中心的“AI Teacher”国际合作项目，建立了教育大数据平台，其中就借鉴智能导师系统，希望将老师教学过程中的隐性知识内置到系统中，通过人机对话智能导师系统为学生提供个性化的帮助，实现类似于人类教师的智能辅导[9]；比如Lumilo混合现实教学系统，该系统给教师提供一种智能眼镜以便教师能够及时掌握学生的学习情况。Lumilo严格来说是一种智能教学系统，与教师协同完成教学，它能从远处监视学生的活动，即时教师不在学生身边依然能够快速发现学生当前面临的困难，从而提供及时的指导与帮助，以此提升学生的学习效率[10]。苏莹[11]分析了人工智能系统在教育教学领域的应用情况，其中一项为智能教学系统，她认为智能教学系统的根本宗旨是为学生创设出更加优良和谐的学习环境，当前，智能教学系统主要是通过智能主体技术来有效构建教师主体、学生主体和管理主体，以此向学生提供更加高效与个性化的教学服务。

2.2 个性化学习

个性化学习是指以反映学生个性差异为基础，以促进学生个性发展为目标的学习范式。而人工智能时代的个性化学习是技术与教育深度融合，对个性化学习进行了重塑。

牟智佳[12]对“人工智能+”时代的个性化学习及研究进行了分析，认为个性化学习应以学习者为中心，以目标、过程和评价为导向，个性化学习服务应以基于人工智能技术的智能教育云服务平台为支持，以需求本位的个性化学习内容推送、能力本位的个性化学习路径生成和掌握本位的个性化学习评价为方向，为学习者提供更精准的分析与反馈，进一步为学习者提供个性化学习服务，这为个性化学习的实践应用提供了一定的参考。孔维梁等人[13]认为自适应学习路径能够根据学习者特征，为其推荐个性化的学习资源与学习活动序列，是实现个性化学习的重要手段，因此提出了人工智能支持下的自适应学习路径构建模型，包括学习者模型库学习过程数据库及自适应学习路径构建引擎。并以某师范院校59名教育技术学专业二年级学生作为研究对象，分为实验组和控制组，实验结果表明该学习路径能够有效提升学习者的学习效率、学习成绩和学习满意度。之后，周琴等人[14]认为智适应学习是自适应学习的优化升级，有望在人工智能技术的支持下突破传统学习模式忽视学习者差异性的壁垒，以“量体裁衣”式的教学方式实现因材施教，推动教育从“数据主义”转向“智能主义”。虽然智适应学习系统大体量的内容、定制化的课程、多样化的算法和精准化的数据为学生构建了个性化学习的环境，提升学习效率，但仍处于初步发展阶段，因此他们从拓展学科领域、加强师资培训、融合核心技术、丰富表征资源、整合线上线下、寻求多方协作六方面提出了需要完善之处，打造更加个性化的学习环境。

2.3 教育机器人

教育机器人是机器人应用于教育领域的代表，是人工智能、语音识别和仿生技术在教育中应用的典型，并以培养学生的分析能力、创造能力和实践能力为目标[15]。按照实际用途，教育机器人可以分为教育活动类机器人和教育服务类机器人，其中教育活动类机器人主要用于教学课程与课堂教学活动，作为教辅工具直接辅助学习者进行机器人领域相关知识的学习与实践，并支持学习者自行拆装或编程；教育服务类机器人指可以直接对教学过程进行智能辅助服务的机器人，其应用过程常被归类为3种基本角色，即导师、学伴及监督者[16]。

人机协作将是人工智能时代教育的主要形态，已有诸多学者对教育机器人的热点话题进行了相关研究，比如，单俊豪等人[17]采用元分析的方法探究了教育机器人对学生学习成果的影响，研究结果表明作为教学辅助工具，教育机器人能够有效提升学生的学习成果，在不同学科、不同学段也都起到了正向的促进作用。卢宇等人[16]认为由于智能教育机器人正处于发展初级阶段，面临教学性不足、反馈性差、感知力等问题的情况下，在知识图谱、机器学习、自然语言处理与情感计算的技术基础上，结合教育心理学的经典理论，设计了5类典型的智能机器人应用模式，分别是学习疑难问答、学情报告分析、学习督促提醒、学习陪伴激励和家长教育助手，帮助学习者完成其学习目标，并满足其自主感、胜任感及归属感等核心需求。柳晨晨等人[18]梳理了一些智能机器人的教学应用典型案例，发现智能机器人可以根据学生的学风格和特点，提供个性化的教学策略和教学资源，从而提高学生的学习效果。比如AKA公司开发的Musio智能机器人可以将教材上传用于学校英语课程中的对话；还有北京师范大学未来教育高精尖创新中心研发的教学机器人“智慧学伴”在学生学习遇到疑难问题时可以进行讲授和即时解答，为学习者提供良好的学习体验；以上都体现出了教育机器人对教育教学的促进作用。

3 总结与展望

人工智能在教育中的应用毋庸置疑地推动了教育的发展，促使教育更加智能化、更加符合当下的时代特征，也为人工智能时代教育的发展提供了更多的机会和可能，但依旧存在不足之处。例如人工智能技术不成熟、人才短缺等现实性的问题。人工智能时代，单方面传授知识的时代随之结束，传统教育中教师在讲台上的单向讲授与灌输不能够吸引学生的学习兴趣、思考及参与，有效的学习需要根据学习者的多样化来设计，需要为学习者提供更加个性化、更具有动力、更加多样性的教学模式及智慧教学环境。学校、教师、学生在面临机遇的同时也面临着各种挑战，因此，我们要从当前的发展现状中获取经验，为教育的发展提供改进与发展的方向。

从学校层面来讲，单纯应用人工智能技术已不能完全符合学校教育育人的目标，当前时代需要更智能、更生态、更人本样态的学校。有学者认为未来的学校将是基于未来人才培养需求与人工智能技术的深度融合创新而形成的处于持续发展动态中的新形态育人场域，具有3大特征，分别为：未来学校的发展表现在于其新形态育人场域的定位，未来学校的发展核心在于未来人才的培养，未来学校的发展支撑在于人工智能技术与学校教育的深度融合创新[19]。

从教师层面来讲，人工智能时代，教师的角色在将来也会发生重大转变，重塑教师的角色至关重要。未来将进入人机协作的“双师”时代，机器人将逐渐出现在人类教师的身旁，以教师的身份影响教育教学活动，与人类教师一起变革传统教学结构，培养智能时代的学习者和教育者。虽然，人类教师不会被智能教师完全替代，但是固守现状、不求进步的教师可能会被取代，因此，教师需要转变自己的角色，要从以往的知识传授者转向学生的引导者，不仅要教会学生基础的知识与技能，更要教会学生如何学习，做学生的人生导师，以此来顺应时代的变化与发展。

从学生层面来讲，学生要明确自己在学习中的主要地位，不能够完全依赖教师，要充分调动自己的积极性、主动性与创造性，同时也要注重提高个人的信息素养与智能素养，提升自己的学习能力，更加主动地参与到人机交互的环境中。学生只有将学习和个人兴趣结合起来才能学好习，因此学生需要培养以兴趣驱动、自主学习和终身学习为主的学习能力，避免自己在快速变化的智能时代处于学习的劣势。

4 结束语

总之，人工智能时代，人类将会进入一个与机器共存的时代，未来教师角色将发生大的变化，教师知识性传授功能将会被人工智能逐渐取代，教师的主要工作是培养学生的核心素养和能力，培养学生的创造能力、审美能力、协作能力以及社会交往能力。教师除了要具备学科及专业的知识与技能外，最主要的是要以学生为中心，注重学生情感态度价值观方面的发展，学校不仅要从智能技术等硬件条件及建设方面有所提升，更要注重将智能技术及育人目的相结合的全方位发展方向，真正地达到育人的目的。要从学校、教师、学生3个主体方位全面适应人工智能时代的变革，从而促进智能教育的发展。